蓝牙 5.1 SoC：面向 IoT 设备的超紧凑、低成本解决方案

蓝牙低功耗（BLE）已成 IoT 生态系统骨干，实现短距离、低功耗无线链路，让电池供电小工具运行数月甚至数年。健身追踪器、智能手表等可穿戴爆发式增长加速 BLE 行业采用。

典型蓝牙设备（图 1）由主机和控制器组成。主机运行蓝牙协议栈和主机侧应用逻辑，控制器处理经典蓝牙（BR/EDR）或 BLE 的基带操作。两者通过主机-控制器接口（HCI）通信。

图 1：蓝牙单模和双模架构框图

BLE 首现于蓝牙 4.0，后续 4.1 和 4.2 增量优化。真正飞跃来自蓝牙 5，引入 2 Mbps 数据率、覆盖范围 4 倍增至 240 米、显著省电改进。

2018 年底发布的蓝牙 5.1 在此基础上增加定位能力。标准支持两种定位技术——到达角（AoA）和离去角（AoD）——允许设备以米级精度确定彼此位置。

如今大多数可穿戴依赖 BLE，因其提供性价比高、超低功耗方案，微型电池可供电数月甚至数年。Dialog Semiconductor 推出其所谓最小、最节能蓝牙 5.1 SoC——DA14531。配套模组简化开发，拓宽 IoT 部署机会。

SmartBond TINY SoC 基于 32 位 ARM Cortex-M0+ 核心，集成存储器和全面模拟数字外设。通过紧密集成这些功能，Dialog 缩小 BLE 方案占板面积同时保持高性能。大批量下，SoC 的 BLE 能力成本低至 $0.50。

其 2.0 × 1.7 mm 封装使 DA14531 适合电子触控笔、货架标签、信标、资产追踪主动 RFID 标签等空间受限设备。也适配需配网应用，如相机、打印机、无线路由器。

DA14531 将无线连接延伸至互联医疗领域。潜在用例包括吸入器、给药器、体重秤、体温计、血糖仪（图 2）。

图 2：DA14531 框图

采用 2.0 × 1.7 mm 封装，SmartBond TINY 尺寸约为前代一半。SoC 仅需六个外部元件——单一时钟源和电源——即可构成完整低功耗蓝牙系统（图 3）。此最小占板面积让设计师能将芯片集成至几乎任何射频监测设计。

“外部元件真正有限；仅需两个电容。特定条件下电感可省略，”Dialog Semiconductor 美洲蓝牙低功耗产品营销经理 Adrie Van Meijeren 说。

图 3：碱性电池供电系统图 — 升压配置

模组设计保证小电池下的寿命和可靠性，免除客户自行认证平台负担，节省时间、精力、成本。DA14531 集成 DC/DC 转换器支持 1.1 V 至 3.3 V 宽输入范围。

“关于电池和 DC/DC 转换器，我们兼容任意 1.4V/1.5V 电池额外兼容 3V 钮扣电池。板载升压转换器降低成本。DC/DC 效率略依赖电感质量，但可达 85% 左右，”Van Meijeren 解释。

“DC/DC 特性对一次性电池至关重要。这些电池容量极小——约 15 mAh。升压转换器启动电流限制电感和电容，我们提供 6 mA 至 96 mA 可设定的电流限制器，允许从任意电池启动，无论其状况，”他补充。

得益于 BLE 超低功耗，许多应用可在单个小电池上运行四五年，这对仅间歇性交换小数据包的设备至关重要。

Dialog 还提供 DA14531 SmartBond TINY 开发套件，集成 SoC 并提供两个 mikroBUS 接口和 Arduino 接口扩展功能（图 4）。

图 4：DA14531 SmartBond TINY 开发套件 Pro

蓝牙全球约 82 亿设备，从智能手机到笔记本。Cisco 预测 2020 年将超 500 亿智能设备在用，蓝牙 SIG 支持其中多达三分之一。

数十亿 BLE 设备上市，应用范围近乎无限。为项目选择 BLE 需仔细考量外形、电气特性、期望功能、软件开发工具、技术支持。